DOSSIER TECHNIQUE et RESSOURCES

Dossier technique DT1

Chariot basculeur de bobines Mise en situation.

La société SHEC, prés de MAUBEUGE, a conçu et fabriqué un chariot basculeur de bobines de feuilles métalliques laminées.

Le chariot doit pouvoir déplacer des bobines d’acier d’une masse maximum de 30 tonnes entre deux ateliers distant de 40 mètres. Pendant le déplacement on procédera au basculement à 90°de la bobine afin de pouvoir la placer dans un four vertical pour traitement thermique. Le système est constitué de deux éléments principaux :

Un châssis roulant motorisé pour le déplacement. (monté sur rails)

Un châssis basculant ou Berceau, pour le retournement des bobines (Objet de l’étude).

Le système est alimenté en électricité par un câble, déroulé à l’arrière du châssis roulant dans une goulotte située entre les rails. Un enrouleur automatique permet de récupérer le câble au retour.

L’ensemble du système est une construction mécano soudé. La forme du berceau et ses dimensions sont fonctions du poids des bobines, de leurs dimensions, et de la position du centre de gravité de l’ensemble. Principe de fonctionnement. (Voir DT2 et DT3)

Phase 1 : Chargement d’une bobine horizontalement sur le vé du châssis basculant. Phase 2 : Déplacement en translation du châssis roulant. Au cours du déplacement, basculement de la bobine. Phase 3 : Déchargement de la bobine en position verticale vers le four. Phase 4 : Retour à la position de départ, avec remise en position du châssis basculant.

Pendant l’opération, déroulement d’un câble à l’arrière du chariot pour l’alimentation électrique.

Le câble sera enroulé sur un tambour au retour.

Chargement

Basculement

Déchargement

Dossier technique DT2

Galets porteurs 4

Moteur BAUER -D11LA4/BK80ZX-BU

IMPLANTATION

Berceau 1

Moteur BAUER D13LA4/BK60-13V.

Galets moteurs 5

Châss is 0 (Châssis roulant

+ Châssis intermédiaire)

Voie de roulement 8

Chaîne de basculement 3

Enrouleur de câble

Moteur de l’enrouleur

Logement du câble

4

7

7

6

MoteurBasculement

3

1

Attachechaine

Détail AEchelle 1 : 5

Dossier technique DT3

O

8

0

5

Z

Y1

2

Moteurtranslation

Détail Moto RéducteurBasculement Echelle 2 : 25

9

0

O

2

Echelle 1 : 25Basculeur de bobine

X

1

4

Y

5

4Enrouleur de cable

10

A

Licence d'éducation SolidWorks A titre éducatif uniquement

Dossier technique DT4

Nomenclature partielle

10 4 Chape 9 4 Axe 15 Cr Ni 6 Ø55 8 2 Voie de roulement 7 4 Pignon récepteur 6 2 Pignon moteur 5 2 Galet moteur 4 4 Galet porteur 3 1 Chaîne de basculement 2 1 Châssis intermédiaire 1 1 Berceau ou châssis basculant 0 1 Châssis roulant

Rep Nb Désignation Matière Observations

Caractéristiques des bobines (en mm)

Type Diamètres Extérieur

Diamètre intérieur

Hauteur

Masse (Kg)

Bobine 2,7 T 900 372 640 2 700 Bobine 6 T 1230 144 640 6 000 Bobine 20 T 1890 431 940 20 000 Bobine 23 T 1850 459 1140 23 000 Bobine 30 T 2180 1285 1540 30 000

Nouvelle bobine 2300 1430 1760 A déterminer

Caractéristiques des aciers faiblement alliés

ACIERS FAIBLEMENT ALLIÉS

Nuance Traitement de référence

Rmin Re min 38Cr2 800 650 34Cr4 880 660 37Cr4 930 700 41Cr4 980 740 55Cr3 1100 900 100Cr6 HRC ≥ 62 25CrMo4 880 700 34CrMo4 980 770 42CrMo4 1080 850 15CrNi6 800 650 I7CrNIMo6 1130 880 30CrNiMo8 1030 850 51CrV4 1185 1080 16MnCr5 1080 835 20MnCr5 1230 980 36NiCrMo16 1710 1275 51Si7 1000 830 60SiCr7 1130 930

Dossier technique DT5

Diagrammes FAST (partiels) Fonction déplacement du châssis principal. Fonction basculement de la bobine.

Fonctions complémentaires. Données constructeur. Masse du châssis basculant : 4962 Kg Masse châssis roulant : 3689 Kg Masse châssis intermédiaire : 3100 Kg

Masse de l’ensemble à vide : 15 000 Kg

FP1 : Déplacer FT11 : Guider en translation Rails 8

Galets 5

FT12 : Déplacer en translation

Galets moteurs 5

Moto réducteur D13LA4/BK60

Frein SIME 005.A FC1 : Blocage de la rotation

FC2 : Alim entation électrique Enrouleur DELACHAUX

FP2 : Basculer FT21 : Maintien en position Vé

Plaque d’appui

FT23 : Basculer Moto réducteur D11LA4/BK80

Chaîne 3

Galets porteurs 4 FT22 : Guider en rotation

DOSSIER QUESTIONNAIRE

Dossier questionnaire DQ1

Problématique générale :

La société SHEC souhaite compléter sa gamme de bobines actuelle par une bobine plus lourde. L’objectif de cette étude est de vérifier si le chariot basculeur, qui n’a pas été conçu pour ce type bobine, sera tout de même capable de supporter cette charge supplémentaire.

Analyse fonctionnelle du chariot basculeur :

Question 1 : A partir du principe de fonctionnement (DT1) et des diagrammes FAST (DT5), compléter la fonction globale nœud A-0 ci-dessous avec les termes suivants : Déplacer et basculer une bobine, Bobine horizontale départ, Bobine verticale arrivée, Chariot basculeur de bobines, Energie électrique.

Question 2 : A partir des diagrammes FAST (DT5), Indiquer quelles sont les fonctions techniques à assurer pour permettre la fonction principale FP2 (Basculer).

FT21 : Maintien en position

FT22 : Guider en rotation

FT23 : Basculer

Question 3 : A partir des diagrammes FAST (DT5), Donner le nom du système permettant de répondre à la fonction technique FT22 (Guider en rotation).

Galets porteurs 4

Analyse structurelle du chariot basculeur :

Notre zone d’étude se situera au niveau

du guidage du châssis basculeur

Chariot basculeur de bobines

Bobine horizontale départ Bobine verticale arrivée

Energie électrique

Déplacer et basculer

une bobine

Zone d’étude

Dossier questionnaire DQ2

Question 4 : A l’aide du plan d’ensemble (DT3) et de la nomenclature partielle (DT4), compléter la perspective éclatée ci-dessous en indiquant le repère des pièces.

Question 5 : Donner la nature des surfaces de contact (plane, cylindrique, …) et le nombre entre le galet porteur et les pièces qui l’entourent. Puis, coloriez-les sur le dessin ci-dessous.

Surfaces planes : 2

Surfaces cylindriques : 1

Question 6 : Quels sont les mouvements possibles du galet ?

1 Rotation

Question 7 : En déduire le nom de la liaison.

Liaison Pivot

Vérification et dimensionnement :

Le bureau d’étude de la société SHEC a déterminé les dimensions de la nouvelle bobine qui complétera sa gamme actuelle. Afin de vérifier si elle pourra être transportée par le chariot basculeur, il est nécessaire d’effectuer une étude statique suivie d’une étude de résistance des matériaux.

Etude statique :

On assimilera la bobine de tôle à un cylindre creux.

Masse volumique de l’acier : ρacier = 7,8 kg/dm3

Volume d’un cylindre creux : V = π x (R2 – r2) x H

Action de la pesanteur : g = 10 N/kg

Question 8 : A partir des dimensions de la nouvelle bobine (DT4), calculer d’abord sa masse M en kg. Puis son poids en N.

Vbobine = π x (11,5²-7,15²) x 17,6 = 4485.7 dm3

Mbobine = 4485.7 x 7.8 = 34988 kg

Pbobine = 34988 x 10 = 349880 N

M = 34988 kg

4 9

10

2

P = 349880 N

Dossier questionnaire DQ3

Question 9 : On isole le galet porteur (4), faire le bilan des actions extérieures dans le tableau ci-dessous. (mettre un ? pour les inconnues).

Action Point

d’application Direction Sens Intensité

- Enoncer le principe fondamental de

la statique pour un solide soumis à 2 actions :

Pour qu’un solide soumis à 2 actions

soit en équilibre, il faut que ces 2 actions

aient : même direction, des sens

contraires et même intensité

- Tracer la direction de l’effort au point P1 en vert

Question 10 : On isole l’ensemble {E} = {berceau (1) + bobine}, faire le bilan des actions extérieures dans le tableau ci-dessous. (Voir dessin page suivante). (mettre un ? pour les inconnues)

Action Point d’application

Direction Sens Intensité

- Enoncer le principe fondamental de la statique pour un solide soumis à 3 actions :

Pour qu’un solide soumis à 3 actions soit en équilibr e, il faut que :

- Les 3 directions soient concourantes

- Le dynamique des forces soit fermé

Axe 8

P1 ? ? ?

F8→4 C1 ? ? ?

P{E} G 399500 N

F4→1 P1

P2 F4→1

F1→4

?

?

?

?

?

?

280000 N

280000 N

280000 N

280000 N

Dossier questionnaire DQ4

- Déterminer graphiquement les actions aux points P1 et P2. Puis compléter le tableau précédent : � Tracer les directions des actions mécaniques (en vert).

� Tracer le dynamique des forces.

Question 11 : Etant donné que l’effort en P1 est supporté par 2 galets. En déduire l’effort pour un

seul galet. : F = 280000/2 = 140000 N F= 140000 N

P{E}

F4→1

F4→1

Dossier questionnaire DQ5

Etude de résistance des matériaux :

Problème à résoudre : La liaison pivot entre le galet et le support de galet est réalisée au moyen d’un axe. On se propose de déterminer si l’axe résistera au surplus de charge auquel il est sollicité.

Données :

- Quels que soient les résultats trouvés précédemment, on prendra

F = 140000 N.

- Reg = 0,5 x Re. - Rpg = Rg / s

- τ = F / S - Le coefficient de sécurité imposé est de : s = 6.

Question 12 : Indiquer, en cochant la bonne réponse, le type de sollicitation auquel

est soumis l’axe

TORSION

CISAILLEMENT

TRACTION

FLEXION

Question 13 :

- Quel est le nombre de surface(s) cisaillée(s) ? 2 - Repérer la (les) surface(s) cisaillée(s) de l’axe sur le dessin ci-contre en la (les) traçant en

rouge.

Question 14 : Retrouver dans la nomenclature (DT4) le matériau utilisé pour l’axe rep.9:

15 Cr Ni 6

Question 15 : Retrouver dans le document technique DT4 la résistance à la limite élastique du matériau utilisé pour l’axe :

Re = 650 MPa

Question 16 : Calculer la résistance élastique au glissement de l’axe :

Reg = 650 / 2 = 325 MPa

Question 17 : Calculer la résistance pratique au glissement de l’axe :

Rpg = 325 / 6 = 54.3 MPa

Question 18 : Calculer la section sollicitée au cisaillement :

S = 2 x π x R² = 2 x π x 27,5² = 4752 mm²

Question 19 : Calculer la contrainte :

τ = 140000 / 4752 = 29 MPa

Question 20 : L’axe va-t-il résister ? Justifiez votre réponse.

29,5 < 54,3 donc oui l’axe va résister

F